DE19627609A1 - Katalysator für die Abluftreinigung - Google Patents
Katalysator für die AbluftreinigungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysator für die Abluft
reinigung, bestehend aus einem mindestens einteiligen,
katalytisch wirkenden, eine sogenannte Wabe bildenden Ke
ramikkörper, dessen katalytisch wirkende Fläche aus einer
Vielzahl von den Keramikkörper durchgreifenden Durch
strömbohrungen gebildet ist.
Bei der Abgasreinigung werden luftfremde aber gasförmige,
organische Stoffe (vornehmlich sog. Kohlenwasserstoffe)
durch Verbrennung in natürlich vorhandenes Kohlendioxid
und Wasserdampf überführt. Neben der Verbrennung in der
Flamme ist die sog. flammlose Oxidation an einem Kataly
sator eine weitverbreitete Technik. Bei den dafür verwen
deten Katalysatoren handelt es sich um sog. Edelmetallka
talysatoren auf metallischem oder keramischem Träger. Von
Letzterem wird nachfolgend ausgegangen.
Die katalytische Reaktion ist von mehreren Komponenten
und Bedingungen abhängig. Ausgehend von den bekannten Be
dingungen ist letztlich das "Anspringen" der Oxidation
nur noch von der sogenannten "Zündtemperatur" abhängig.
Für jeden Einzelstoff und rezepturabhängig hergestellten
Katalysator ergibt sich eine ganz bestimmte Zündtempera
tur, die die Reaktion in Gang setzt. Wesentlich ist dabei
allein, daß sich die Zündtemperatur an der Katalysa
toroberfläche dort einstellt, wo die eigentliche kataly
tische Oxidation stattfinden soll.
Soweit bekannt, gehen die technischen und praktischen An
wendungsfälle immer davon aus, daß die allgemeinen Be
triebszustände so liegen, daß die Abgase mindestens in
der Startphase mit einer Temperatur unterhalb der Zünd
temperatur für die katalytische Reaktion geliefert wer
den. Mit einer Zusatzheizung wird dieses Defizit ausge
glichen, d. h., die Temperatur des zu reinigenden Abluft
stromes wird auf die katalytisch erforderliche Zündtempe
ratur gebracht, was, soweit bekannt, bislang und in rela
tiv aufwendiger Weise einen Ablufterhitzer erforderte,
wobei zu berücksichtigen ist, daß physikalisch technisch
maximale Wärmestromdichten nicht überschritten werden
können, und daß aufgrund der spezifischen Wärmekapazitä
ten bestimmte Aufheizzeiten nicht weiter verkürzt werden
können. Gestaltung und Gesamtmasse des Lufterhitzers be
stimmen diese Zeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Katalysatoren
der eingangs genannten Art und für den Zweck der Abluft
reinigung dahingehend zu verbessern und auszugestalten,
daß dieser ohne den Aufwand einer Abluftvorheizung aus
kommt.
Gelöst ist diese Aufgabe mit einem Katalysator der ein
gangs genannten Art nach der Erfindung dadurch, daß im
Keramikkörper ein elektrischer Heizleiterwiderstand für
die Heizung des Keramikkörpers auf katalytische
"Zündtemperatur" im Bereich dessen katalytisch wirksamen
im wesentlichen Gesamtoberfläche eingebunden ist.
Durch diese Lösung ist also der Umweg über eine Abluft
bzw. Abgasvorheizung und die dafür erforderliche Gerät
schaft vermieden, d. h., die erforderliche Heizenergie
wird dem Katalysator direkt zugeführt, was außerdem mit
einem vergleichweise wesentlich schnelleren "Anspringen"
des Katalysators verbunden ist. Verwendet werden können
dabei ohne Veränderung bspw. handelsübliche Platin-Kata
lysatoren auf Keramikbasis, die zudem für den Heizleiter
widerstand einen elektrischen Isolator darstellen.
Neben den verfahrenstechnischen Auswahlkriterien für
einen Katalysator ist dessen Bemessung von zwei Kenngrö
ßen abhängig, nämlich der linearen Anströmgeschwindigkeit
und der Geschwindigkeit im Katalysator. Daraus ermitteln
sich die Abmessungen Anströmfläche und Durchströmtiefe.
Im Umkehrschluß ist mit einer bestehenden Wabe bestimmter
Tiefe ein spezifischer Abgasstrom zu behandeln. Das er
forderliche Gesamtkatalysatorvolumen für einen indivi
duellen Gasstrom ist dann als Quotient aus Abgas -Volumen
strom und spezifischer Abgasstrom pro Wabe definiert.
Dieser spezifische Abgasstrom benötigt bezogen auf seine
Lieferbedingungen eine spezifische Zusatzheizung. Wenn
diese Heizung jedem Wabenelement zugeordnet und verbaut
wird, ergibt sich damit die universale Möglichkeit, mit
dem konventionell dimensionierten Katalysatorvolumen auch
gleich die äquivalente max. zu installierende Zusatzhei
zung dimensioniert zu haben.
Eine Wabe der Abmessung ⌀ 80 mm mit einer entsprechenden
Vielzahl von Durchströmbohrungen ⌀ 2,3 mm und einer Wa
benhöhe von 90 mm ist für die Beaufschlagung von bis zu
3,0 Nm³/h geeignet. Diese Luft- bzw. Abgasmenge ist im
äußersten Fall von Umgebungstemperatur 20°C auf katalyti
sche Reaktionstemperatur 500°C aufzuheizen. Dafür werden
netto 500 Watt benötigt. 10 Stück solcher Waben in Paral
lelschaltung sind somit für 30 Nm³/h geeignet. Die dafür
erforderliche und installierte Leistung beträgt gesamt
5,0 KW. Die zu installierende Heizleistung pro Wabe wird
auch von der gewünschten Aufheizzeit bestimmt, d. h. für
eine gewünschte kurze Aufheizzeit muß deshalb unter Um
ständen eine angemessene Reserve installiert werden.
Der wabenspezifische Heizleiterwiderstand wird mit einer
offenen Heizwendel, die in die Struktur der Wabe verwirkt
ist, eingebracht, wobei die keramische Wabe als Isolator
für den Heizleiterwiderstand dient. Ausgehend von der zu
installierenden Heizleistung pro Wabe und dem verwendeten
spezifischen Heizleiterdraht (Legierung und Durchmesser)
ergibt sich die Heizschleifenlänge. Diese Drahtlänge ist
mäanderförmig in die Wabe einzubringen, d. h., die gesamte
Heizleiterwiderstandslänge müßte in die in der Wabe vor
handenen Durchströmbohrungen eingefädelt werden, was zwar
möglich, aber umständlich und entsprechend kostenträchtig
wäre. Eine diesbezüglich vorteilhafte Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Katalysators besteht deshalb darin, daß
der Heizleiterwiderstand in Form einer Vielzahl von
u-förmigen Heizleiterteilstücken ausgebildet ist, die im
wesentlichen gleichmäßig über den Querschnitt des Kera
mikkörpers verteilt mit ihren Schenkeln die Durchström
bohrungen durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper
auf der anderen Seite herausragenden Enden der Schenkel
mit den Enden der Schenkel jeweils benachbarter Heizlei
terstücke zum einsträngigen Heizleiterwiderstand verbun
den sind.
Der erfindungsgemäße Katalysator wird nachfolgend anhand
der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispie
les näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch den Katalysator mit dem einge
bauten Heizleiterwiderstand;
Fig. 2 den Katalysator gemäß Fig. 1 in Ansicht in
Pfeilrichtung A;
Fig. 3 in Seitenansicht ein Heizleiterteilstück;
Fig. 4 schematisch den aus den Heizleiterteilstücken
gemäß Fig. 3 zusammengefügten gesamten Heizlei
terwiderstand und
Fig. 5 schematisch die Verwendung des Katalysators in
einem Abluftreinigungssystem.
Der Katalysator für die Abluftreinigung besteht in be
kannter Weise aus einem mindestens einteiligen, kataly
tisch wirkenden Keramikkörper 1, dessen katalytisch wir
kende Fläche aus einer Vielzahl von den Keramikkörper
durchgreifenden Durchströmbohrungen 3 gebildet ist. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich, sind dabei solche, auch als Kata
lysatorwabe bezeichnete Keramikkörper 1 in der Regel aus
mehreren Scheiben 1′ gebildet.
Für einen solchen Katalysator ist nun wesentlich, daß im
Keramikkörper 1 ein elektrischer Heizleiterwiderstand 2
für die Heizung des Keramikkörpers auf katalytische
"Zündtemperatur" im Bereich dessen katalytisch wirkender
im wesentlichen Gesamtoberfläche eingebunden ist. Beim
etwa im Maßstab 1 : 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des
Keramikkörpers wären, orientiert an den einleitend vorer
wähnten Maßgaben ca. 11 m Heizleiterwiderstand 2 in diese
Katalysatorwabe einzubinden, die etwa 450 Durchströmboh
rungen 3 aufweist. Dies wird in bevorzugter Ausführungs
form unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 bis 4 da
durch bewältigt, daß der Heizleiterwiderstand 2 in Form
einer Vielzahl von u-förmigen Heizleiterteilstücken 2′
(Fig. 3) ausgebildet ist, die im wesentlichen gleichmäßig
über den Querschnitt des Keramikkörpers 1 (Fig. 2) ver
teilt mit ihren Schenkeln 4 die Durchströmbohrungen 3
durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper 1 auf der
anderen Seite herausragenden Enden 4′ der Schenkel 4 mit
den Enden 4′ der Schenkel 4 jeweils benachbarter Heizlei
terstücke 2′ zum einsträngigen Heizleiterwiderstand 2
(Fig. 4) verbunden sind. Die Basisstücke 4′′ der Heizlei
terteilstücke 2′ stellen sich dabei, gleichmäßig über den
Querschnitt des Keramikkörpers verteilt und wie in Fig. 2
verdeutlicht, dar.
Diese Art der Einbindung ist, wie ohne weiteres vorstell
bar, einer automatischen Fertigung zugänglich, und zwar
was sowohl den Einschub der u-förmigen Heizleiterteil
stücke 2′ betrifft als auch deren Schweißverbindung an
den auf der anderen Seite herausragenden Enden 4′ der
Heizleiterteilstücke 2′.
Da der Katalysator mit hoher Temperatur betrieben werden
muß, ist dessen Verwendung vorteilhaft in einem Gesamtsy
stem gemäß Fig. 5 vorgesehen, d. h., dieser ist in einem
Abluft- bzw. Abgasförderrohr 5 angeordnet, in dem dem Ke
ramikkörper 1 ein Frischluftinjektor 6 nachgeschaltet
ist, der die zu reinigende Abluft durch den Katalysator
saugt.
Claims (3)
1. Katalysator für die Abluftreinigung, bestehend aus
einem mindestens einteiligen, katalytisch wirkenden,
eine sogenannte Wabe bildenden Keramikkörper (1),
dessen katalytisch wirkende Fläche aus einer Viel
zahl von den Keramikkörper durchgreifenden Durch
strömbohrungen (3) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Keramikkörper (1) ein elektrischer Heizlei
terwiderstand (2) für die Heizung des Keramikkörpers
auf katalytische "Zündtemperatur" im Bereich dessen
katalytisch wirkender im wesentlichen Gesamtoberflä
che eingebunden ist.
2. Katalysator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Heizleiterwiderstand (2) in Form einer Viel
zahl von u-förmigen Heizleiterteilstücken (2′) aus
gebildet ist, die im wesentlichen gleichmäßig über
den Querschnitt des Keramikkörpers (1) verteilt mit
ihren Schenkeln (4) die Durchströmbohrungen (3)
durchgreifen, wobei die aus dem Keramikkörper (1)
auf der anderen Seite herausragenden Enden (4′) je
weils benachbarter Heizleiterstücke (2′) zum ein
strängigen Heizleiterwiderstand (2) verbunden sind.
3. Verwendung des Katalysators nach Anspruch 1 oder 2,
in einem Abluft- bzw. Abgasförderrohr (5), in dem
dem Keramikkörper (1) ein Frischluftinjektor (6)
nachgeschaltet ist.
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EP1225311A2 (de) | Filtereinrichtung, insbesondere als Russfilter für Dieselmotorabgase |
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |